蜂窩陶瓷是近三十年來開發(fā)的一種結(jié)構(gòu)似蜂窩形狀的新型陶瓷產(chǎn)品。由最早使用在小型汽車尾氣凈化到今天廣泛應(yīng)用在化工、電力、冶金、石油、電子電器、機械等工業(yè)中,而且越來越廣泛,發(fā)展前景相當(dāng)可觀。
一特點由于多孔薄壁的特點,大大增加了載體的幾何表面積和改善了抗熱沖擊性能,生產(chǎn)的產(chǎn)品,其網(wǎng)狀孔以三角和四方為主,三角比四方承受力好得多,孔數(shù)也多些,這一點作為催化載體尤其重要。隨著單位面積孔數(shù)的提高和載體孔壁厚度的減少,陶瓷載體的抗熱沖擊趨勢是提高的,熱沖擊破壞的溫度也是提高的。因此蜂窩陶瓷必須要降低膨脹系數(shù)和提高單位面積的孔數(shù)。熱膨脹系數(shù)是主要性能指標(biāo),當(dāng)前國外水平是α25-1000℃≤1.0×10-6℃-1,與國內(nèi)對比有一定差距,不過這差距越來越小。最早生產(chǎn)蜂窩陶瓷的原料主要是高嶺土、滑石、鋁粉、粘土等,而今天已突破了,尤其是硅藻土、沸石、膨脹土以及耐火材料的應(yīng)用,蜂窩陶瓷應(yīng)用日益廣泛,性能越來越好。除了用于燒結(jié)成型的蜂窩陶瓷外,還出現(xiàn)了不燒結(jié)的蜂窩陶瓷,這大大提高了催化性能的活性。不僅外觀尺寸由最小的球環(huán)形狀發(fā)展到大尺寸的立柱和方形和圓形。根據(jù)模具設(shè)計的不同;可以制作成不同尺寸不同形狀不同結(jié)構(gòu)的蜂窩陶瓷。如用在石化行業(yè)煉油空氣吸附干燥的分子篩催化劑,尺寸高達0.8m,寬0.25m的正方形,孔數(shù)每平方厘米達到25,從原料、工藝以及機械制造方面都有了很大的變化。尤其是生產(chǎn)工藝有了很大提高。作為催化劑的蜂窩陶瓷要求在制造成型時不開裂,有機成分必須釋放干凈,除了耐磨性能外還要求有一定的機械強度,再生回用多次。蜂窩陶瓷可由多種材質(zhì)制成。
主要材質(zhì)有:堇青石、莫來石、鈦酸鋁、活性炭、碳化硅、活性氧化鋁、氧化鋯、氮化硅及堇青石一莫來石、堇青石一鈦酸鋁等復(fù)合基質(zhì)?;钚蕴糠勰┗蝾w粒制成蜂窩陶瓷形狀后,大大提高了水處理的凈化和廢水處理能力,尤其在醫(yī)藥工業(yè)中抗菌素、激素、維生素、核酸針劑及各種針劑,藥物等的脫水脫色去雜質(zhì)等。蜂窩陶瓷按用途可以分為蓄熱體、填料、催化劑載體和過濾材料四大類。蜂窩陶瓷蓄熱體熱容量J/kgk1000以上,產(chǎn)品最高使用溫度≥1700℃,在加熱爐、烘烤器、均熱爐、裂解爐等窯爐中可節(jié)省燃料達40%以上,產(chǎn)量提高15%以上,排放煙氣溫度低于150℃。蜂窩陶瓷填料比其它形狀填料的比表面積更大,強度更好等優(yōu)點,可使汽液分布更均勻,床層阻力降低,效果更好,且可延長使用壽命,在石化、制藥和精細(xì)化工行業(yè)中作填料效果相當(dāng)好。蜂窩陶瓷用在催化劑方面更具優(yōu)勢。以蜂窩狀陶瓷材料為載體,采用獨特的涂層材料,以貴金屬,稀土金屬及過渡金屬制備,因而具有高的催化活性,良好的熱穩(wěn)定性,長的使用壽命,高強度等優(yōu)點。用于催化裂化的蜂窩陶瓷正在取代現(xiàn)有的產(chǎn)品。催化裂化用200~500℃之間的重餾分油為原料(包括減壓餾分,直餾輕柴油、焦化蠟油等),以硅鋁酸鹽為催化劑,反應(yīng)溫度在450~550℃之間(隨反應(yīng)器類型而異)。它產(chǎn)量大(每個大型催化裂化裝置,每年裂化油品百萬噸以上),技術(shù)條件要求高(例如,催化劑每接觸油幾分鐘甚至幾秒鐘就要再生,每分鐘流過流化床催化劑達10t或更多)隨著催化活性的提高,為了加快再生速度,要求更加苛刻的再生條件。例如600~650℃,甚至700℃,催化劑消耗量大,每噸進料油消耗0.3~0.6kg催化劑,催化劑力學(xué)強度差的,消耗的還要大得多。這要求著催化劑活性、選擇性、穩(wěn)定性的稍微提高,對生產(chǎn)實際將具有重大意義。正因為如此,蜂窩陶瓷催化劑也在不斷推陳出新,市場需求也越來越大,這些催化裂化用的催化劑被蜂窩陶瓷催化劑所代替,大尺寸多孔數(shù)的蜂窩陶瓷催化劑已嶄露頭角,有著強勁的發(fā)展勢頭。蜂窩陶瓷作為過濾材料有以下優(yōu)點:化學(xué)穩(wěn)定性好,耐酸堿及有機溶劑;極好的耐急熱急冷性能,工作溫度可高達1000℃;抗菌性能好,不易被細(xì)菌降解,不易堵塞且易再生;較強的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,孔徑分布狹窄,滲透率高;無毒,尤其適用于食品和藥物的處理。其主要在冶金行業(yè)得到應(yīng)用。蜂窩陶瓷體的比表面積大,提高了過濾片吸附和捕捉細(xì)小雜質(zhì)的能力,比傳統(tǒng)多孔陶瓷過濾效果好,金屬液流動平穩(wěn)。
二應(yīng)用
蜂窩陶瓷對的用途很廣,介紹如下:
1.催化劑載體折疊蜂窩陶瓷用作催化劑載體時,主要應(yīng)用于汽車排氣凈化、鍋爐排煙脫硝(NOx)、工業(yè)排氣除臭、除去有毒有害氣體等。汽車排氣凈化用的蜂窩陶瓷催化劑載體主要是被覆γ-Al2O3的堇青石蜂窩陶瓷載體。
2.耐火窯具折疊擠出蜂窩陶瓷窯具的質(zhì)量比傳統(tǒng)窯具輕60%-75%,熱量傳遞迅速,可實現(xiàn)快速燒成,用它墊燒鐵氧體或其它電子陶瓷時,有利于提高產(chǎn)品的性能。
3.壁流式過濾器折疊多孔狀薄壁的蜂窩陶瓷可過濾凈化柴油機燃?xì)鈴U氣(約500℃)中的碳粒。
蜂窩陶瓷的特點和應(yīng)用
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新型陶瓷材料——塞隆陶瓷(SiAlON)
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